RU2473926C1 - APPARATUS FOR DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR - Google Patents
APPARATUS FOR DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473926C1 RU2473926C1 RU2011132177/28A RU2011132177A RU2473926C1 RU 2473926 C1 RU2473926 C1 RU 2473926C1 RU 2011132177/28 A RU2011132177/28 A RU 2011132177/28A RU 2011132177 A RU2011132177 A RU 2011132177A RU 2473926 C1 RU2473926 C1 RU 2473926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detector
- thermoluminescent
- absorbed dose
- radiation
- unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиационной физике, а именно к устройствам для оценки накопленной дозы ионизирующего β-излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, и может быть использовано при персональной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях.The invention relates to radiation physics, and in particular to devices for estimating the accumulated dose of ionizing β-radiation using solid-state thermoluminescent detectors, and can be used in personal and clinical dosimetry, when monitoring the radiation situation in various conditions.
Регистрацию и измерение поглощенной дозы излучений различных видов осуществляют с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, изготовленных из различных материалов, таких как фторид лития LiF, фторид кальция CaF2, оксид алюминия Аl2O3, сульфат кальция CaSO4:Dy; ведутся исследования по созданию радиационно-чувствительных сред на базе веществ разных классов, в частности широкозонных оксидных материалов (BeO, MgO, SiO2) [В.С.Кортов, И.И.Мильман, С.В.Никифоров, Твердотельная дозиметрия. Известия ТПУ, 2000, Т.303, вып.2, с.35-45].The registration and measurement of the absorbed dose of radiation of various types is carried out using solid-state thermoluminescent detectors made of various materials, such as lithium fluoride LiF, calcium fluoride CaF 2 , aluminum oxide Al 2 O 3 , calcium sulfate CaSO 4 : Dy; Studies are underway to create radiation-sensitive media based on substances of different classes, in particular wide-gap oxide materials (BeO, MgO, SiO 2 ) [V.S. Kortov, I.I. Milman, S.V. Nikiforov, Solid State Dosimetry. Proceedings of TPU, 2000, T.303, issue 2, p. 35-45].
Однако существует потребность в применении твердотельных детекторов, обладающих повышенной тканеэквивалентностью и лучшей пригодностью для использования в персональной дозиметрии, в том числе при оценке поглощенной дозы β-излучения при работе с радиоактивными материалами и в космических условиях.However, there is a need for the use of solid-state detectors with enhanced tissue equivalence and better suitability for use in personal dosimetry, including the evaluation of the absorbed dose of β radiation when working with radioactive materials and in space conditions.
Известен такой материал, как нитрид алюминия AlN, - прямозонный материал с большой шириной запрещенной зоны [L.I.Berger, Semiconductor materials, CRC Press, 1997, pp.123-124]. Это теплостойкий, кислотоупорный материал, пригодный к употреблению в высокотемпературных полупроводниковых устройствах в поликристаллической форме. Вследствие уникального сочетания физических и электрических характеристик: высокой теплопроводности, хороших электроизоляционных свойств, умеренного коэффициента теплового расширения при относительно невысокой стоимости, нитрид алюминия находит применение как конструкционный керамический материал при изготовления корпусов и подложек интегральных схем, мощных транзисторов, поглотителей и оконечных нагрузок, в том числе в космической технике [В.И.Костенко, В.С.Серегин, Л.А.Грошкова, А.И.Василевич, Современные информационные и конструкторские технологии, 2003, http://www.iki.rssi.ni/seminar/tarusa200406/3-19.pdf].Known material such as aluminum nitride AlN, direct gap material with a large band gap [L.I. Berger, Semiconductor materials, CRC Press, 1997, pp.123-124]. It is a heat-resistant, acid-resistant material suitable for use in high-temperature semiconductor devices in polycrystalline form. Due to the unique combination of physical and electrical characteristics: high thermal conductivity, good electrical insulation properties, moderate coefficient of thermal expansion at a relatively low cost, aluminum nitride is used as a structural ceramic material in the manufacture of cases and substrates of integrated circuits, powerful transistors, absorbers, and end loads, including in space technology [V.I. Kostenko, V.S. Seregin, L.A. Groshkova, A.I. Vasilevich, Modern Information and Design Office Technologies, 2003, http://www.iki.rssi.ni/seminar/tarusa200406/3-19.pdf].
Как показало изучение спектров отражения и возбуждения синей люминесценции кристаллов AlN в области энергий 3÷40 эВ, имеется возможность использования кристаллического нитрида алюминия в оптоэлектронике в качестве фотодиодов в ультрафиолетовой области спектра [Michailin V.V., Oranovskii V.E., Pacesova S., Pastrnak J., Salamatov A.S., Physica Status Solidi (b) 58 (1973) K51].As shown by studying the reflection and excitation spectra of blue luminescence of AlN crystals in the energy range 3–40 eV, it is possible to use crystalline aluminum nitride in optoelectronics as photodiodes in the ultraviolet region of the spectrum [Michailin VV, Oranovskii VE, Pacesova S., Pastrnak J., Salamatov AS, Physica Status Solidi (b) 58 (1973) K51].
Известно [Radiation Measurements, Volume 33, Issue 5, October 2001, Pages 731-735], что керамический материал в виде нитрида алюминия, допированного окисью иттрия (АlN-Y2O3), при облучении ульрафиолетом и определении поглощенной дозы термолюминесцентным способом имеет линейную дозовую зависимость. Обсуждена возможность использования керамического AlN-Y2O3 для дозиметрии ультрафиолетового излучения. Однако при этом не было выполнено систематических исследований возможности измерения поглощенной дозы бета-излучения. Нитрид алюминия с иттрием обладает пониженной тканеэквивалентностью к излучениям. Указанные результаты, связанные с облучением допированного окисью иттрия керамического нитрида алюминия светом ультрафиолетового диапазона, не могут быть приложены к беспримесному нитриду алюминия и к материалам, облученным корпускулярными излучениями, в частности β-излучением.It is known [Radiation Measurements, Volume 33, Issue 5, October 2001, Pages 731-735] that ceramic material in the form of aluminum nitride doped with yttrium oxide (AlN-Y 2 O 3 ), when irradiated with ultraviolet light and determine the absorbed dose by a thermoluminescent method, has linear dose dependence. The possibility of using ceramic AlN-Y 2 O 3 for dosimetry of ultraviolet radiation was discussed. However, no systematic studies of the possibility of measuring the absorbed dose of beta radiation were performed. Aluminum nitride with yttrium has a reduced tissue equivalence to radiation. The above results associated with the irradiation of doped yttrium oxide ceramic aluminum nitride with ultraviolet light cannot be applied to pure aluminum nitride and to materials irradiated with particle radiation, in particular β radiation.
Известно устройство для определения поглощенной дозы ионизирующего излучения [В.Штольц, Р.Бернхард, Дозиметрия ионизирующего излучения, пер. с англ., Рига, Зинатне, 1982, стр.97-98, рис.22], включающее дозиметрический датчик (термолюминесцентный кристаллофосфор), блок нагрева указанного дозиметрического датчика и блок регистрации (измерения интенсивности) термолюминесцентного свечения на основе фотоэлектронного умножителя с усилителем-преобразователем сигнала, самописцем кривой термовысвечивания и счетно-печатающим устройством. Устройство обеспечивает измерение интенсивности термолюминесцентного излучения (высвечивания) в каждый момент времени во всем диапазоне спектральной чувствительности фотоэлектронного умножителя (умножителей разных типов), то есть в широком диапазоне частот термолюминесцентного излучения, включающем, в частности, весь видимый спектр излучения, от 160 до 1200 нм (шириной не менее 85 нм) [Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Приемники оптического излучения. Справочник, М.: Радио и связь, 1987, стр.17, табл.2.1]. То есть в известном устройстве для измерения интенсивности термолюминесцентного свечения и оценки поглощенной дозы используются блоки выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, функционирующие в широкой области видимого спектра, обеспечивающие измерения в широкой, неконкретизированной заранее области спектра.A device for determining the absorbed dose of ionizing radiation [V. Shtolts, R. Bernhard, Dosimetry of ionizing radiation, per. from English, Riga, Zinatne, 1982, pp. 97-98, Fig. 22], including a dosimetric sensor (thermoluminescent crystallophosphorus), a heating unit for the indicated dosimetric sensor, and a recording unit (measuring intensity) of a thermoluminescent glow based on a photo-electron multiplier with an amplifier signal converter, thermoluminescence curve recorder and counting-printing device. The device provides a measurement of the intensity of thermoluminescent radiation (emission) at any time in the entire range of spectral sensitivity of the photoelectronic multiplier (different types of multipliers), that is, in a wide frequency range of thermoluminescent radiation, including, in particular, the entire visible radiation spectrum, from 160 to 1200 nm (with a width of at least 85 nm) [Aksenenko MD, Baranochnikov ML, Optical radiation receivers. Handbook, M.: Radio and Communications, 1987, p. 17, Table 2.1]. That is, in the known device for measuring the intensity of the thermoluminescent glow and estimating the absorbed dose, wavelength separation blocks of the recorded thermoluminescent glow are used, operating in a wide region of the visible spectrum, providing measurements in a wide, non-specific predetermined region of the spectrum.
Недостатком рассматриваемого аналога [В.Штольц, Р.Бернхард, Дозиметрия… 1982, стр.97-98, рис.22] является наличие нелинейности (сверхлинейности) дозовой зависимости при величинах поглощенной дозы более 0,192÷0,32 Гр, о чем свидетельствуют результаты исследований [B.C.Кортов и др. Физика твердого тела, 2006, том 48, вып.3, стр.421-426, рис.1]. Влияние сверхлинейности дозовой зависимости приводит к искажению результата оценки поглощенной дозы и является причиной снижения точности определения (оценки) поглощенной дозы при значениях поглощенной дозы, превышающих значения 0,192÷0,32 Гр. Ограничивается диапазон регистрируемых доз.The disadvantage of the analogue under consideration [V. Shtolts, R. Bernhard, Dosimetry ... 1982, pp. 97-98, Fig. 22] is the presence of nonlinearity (superlinearity) of the dose dependence for absorbed doses of more than 0.192 ÷ 0.32 Gy, as evidenced by the results studies [BCKortov et al. Solid State Physics, 2006, Volume 48, Issue 3, pp. 421-426, Fig. 1]. The influence of the superlinearity of the dose dependence leads to a distortion of the result of the assessment of the absorbed dose and is the reason for the decrease in the accuracy of determination (assessment) of the absorbed dose at absorbed doses in excess of 0.192 ÷ 0.32 Gy. The range of doses recorded is limited.
Известно также устройство для определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения [И.И.Мильман, С.В.Никифоров, B.C.Кортов, А.К.Кильметов, Контроль качества детекторов излучения для радиационной дефектоскопии. Дефектоскопия, 1996, №112, стр.64-70, рис.1], включающее термолюминесцентный детектор на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия (ТЛД-500К), блок нагрева указанного термолюминесцентного детектора, блок регистрации свечения термолюминесцентного детектора в виде фотоэлектронного умножителя с аналого-цифровым преобразователем и счетчиком импульсов, а также блок оценки поглощенной дозы на основе ЭВМ IBM PC. Между упомянутым блоком регистрации и термолюминесцентным детектором, на пути распространения свечения этого детектора, расположен блок выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, выполненный в виде сменного фильтра или монохроматора. Сменный фильтр предназначен для выделения некоторого неконкретизированного в устройстве-прототипе диапазона длин волн, высвечиваемых термолюминесцентным детектором. Монохроматор обеспечивает выделение также неконкретизированных в рассматриваемом устройстве длин волн с шириной спектра ±1÷3 нм. При случайном выборе характеристик сменного фильтра и монохроматора в отношении диапазона (длины волны) регистрируемого термолюминесцентного свечения будет иметь место случайная, неопределенная ошибка в оценке поглощенной дозы, что приведет к непредсказуемой погрешности, недопустимо с точки зрения теории измерений и не используется. При проведении измерений в широкой области видимого спектра недостатком рассматриваемого устройства-прототипа является, как и для предыдущего аналога, снижение точности определения (оценки) поглощенной дозы при повышенных значениях поглощенной дозы (более 0,192÷0,32 Гр) вследствие влияния нелинейности дозовой зависимости, а также ограничение области использования устройства при повышенных значениях поглощенных доз.A device is also known for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation [I. I. Milman, S. V. Nikiforov, B. C. Kortov, A. K. Kilmetov, Quality control of radiation detectors for radiation defectoscopy. Defectoscopy, 1996, No. 112, pp. 64-70, Fig. 1], including a thermoluminescent detector based on an anion-defective aluminum oxide single crystal (TLD-500K), a heating unit for the indicated thermoluminescent detector, a unit for registering the glow of a thermoluminescent detector in the form of a photoelectron multiplier with an analog-to-digital converter and a pulse counter, as well as an absorbed dose estimation unit based on IBM PC computers. Between the mentioned recording unit and the thermoluminescent detector, on the propagation path of the glow of this detector, there is a wavelength separation unit of the recorded thermoluminescent glow, made in the form of a replaceable filter or a monochromator. The replaceable filter is designed to highlight a certain range of wavelengths that are not specified in the prototype device, which are displayed by a thermoluminescent detector. The monochromator also ensures the isolation of wavelengths not specifically specified in the device in question with a spectrum width of ± 1 ÷ 3 nm. If the characteristics of the replaceable filter and monochromator are randomly selected with respect to the range (wavelength) of the recorded thermoluminescent glow, there will be a random, undefined error in the estimate of the absorbed dose, which will lead to unpredictable errors, which is unacceptable from the point of view of measurement theory and is not used. When conducting measurements in a wide range of the visible spectrum, the disadvantage of the prototype device under consideration is, as for the previous analogue, a decrease in the accuracy of determination (estimation) of the absorbed dose at higher values of the absorbed dose (more than 0.192 ÷ 0.32 Gy) due to the influence of nonlinearity of the dose dependence, and also limiting the area of use of the device at higher absorbed doses.
Прототипом предложенного изобретения является устройство для определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия [патент РФ 2378666], включающее блок нагрева указанного детектора, а также блок регистрации термолюминесцентного свечения этого детектора, выход блока регистрации термолюминесцентного свечения соединен со входом блока оценки поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания, причем между блоком регистрации термолюминесцентного свечения и термолюминесцентным детектором на пути распространения свечения упомянутого детектора расположен блок выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн только в пределах диапазона от 500 до 570 нм.The prototype of the proposed invention is a device for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide [RF patent 2378666], including a heating unit for the specified detector, as well as a unit for detecting the thermoluminescent glow of this detector, the output of the thermoluminescent glow recording unit is connected with the input of the absorbed dose estimation unit according to the parameters of the obtained thermoluminescence curve, and between the registration unit is thermoluminescent and luminescence of the thermoluminescent detector in the path of the luminescence of said detector located block allocation of wavelengths detected to thermoluminescent glow characteristics provide isolation function only wavelengths within the range of 500 to 570 nm.
Устройство-прототип обеспечивает линейность дозовой зависимости при величинах поглощенной дозы до 1 Гр. Недостатками устройства являются ограниченность диапазона линейности дозовой зависимости, снижение точности определения (оценки) поглощенной дозы при значениях, превышающих 1 Гр, и зависимость параметров термолюминесцентных пиков от величины дозы и условий предварительной фототермической обработки материала [I.I.Milman, V.S.Kortov, S.V.Nikiforov, Radiation Measurements, 1998, Vol.29, No 3-4, pp.401-410]. Ограничивается область использования способа при повышенных значениях поглощенных доз.The prototype device provides a linear dose dependence with absorbed doses up to 1 Gy. The disadvantages of the device are the limited linearity range of the dose dependence, the decrease in the accuracy of determination (estimation) of the absorbed dose at values exceeding 1 Gy, and the dependence of the parameters of the thermoluminescent peaks on the dose and the conditions for preliminary photothermal treatment of the material [IIMilman, VSKortov, SVNikiforov, Radiation Measurements , 1998, Vol.29, No 3-4, pp.401-410]. The scope of the method is limited to higher absorbed doses.
Задачей изобретения является расширение диапазона линейности дозовой зависимости и соответствующее повышение точности оценки поглощенной дозы β-излучения, снижение зависимости параметров термолюминесцентных пиков от величины дозы и условий предварительной фототермической обработки материала, расширение области использования способа, расширение арсенала способов определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе.The objective of the invention is to expand the range of linearity of the dose dependence and the corresponding increase in the accuracy of estimating the absorbed dose of β-radiation, reducing the dependence of the parameters of thermoluminescent peaks on the dose and conditions of the pre-photothermal treatment of the material, expanding the scope of the method, expanding the arsenal of methods for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in solid state thermoluminescent detector.
Для решения поставленной задачи устройство для определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в термолюминесцентном детекторе, включающее блок нагрева указанного детектора, а также блок регистрации термолюминесцентного свечения этого детектора, выход блока регистрации термолюминесцентного свечения соединен со входом блока оценки поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания, причем между блоком регистрации термолюминесцентного свечения и термолюминесцентным детектором на пути распространения свечения упомянутого детектора расположен блок выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, отличается тем, что в качестве твердотельного термолюминесцентного детектора использован монокристаллический нитрид алюминия AlN, блок выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения выполнен с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн только в пределах диапазона от 340 до 380 нм.To solve the problem, a device for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in a thermoluminescent detector, including a heating unit for the specified detector, as well as a unit for detecting the thermoluminescent glow of this detector, the output of the thermoluminescent glow recording unit is connected to the input of the absorbed dose estimating unit according to the parameters of the obtained thermal emission curve, moreover, between the registration unit of the thermoluminescent glow and the thermoluminescent detector on the path of the distribution of candles For this detector, there is a block for extracting the wavelengths of the detected thermoluminescent glow, characterized in that monolithic aluminum nitride AlN is used as a solid-state thermoluminescent detector, and a block for isolating the wavelengths of the recorded thermoluminescent glow is made with characteristics providing the function of extracting wavelengths only within the range from 340 to 380 nm.
Технический результат изобретения - увеличение верхнего значения линейного диапазона дозовой зависимости до 5 Гр (фиг.1) при измерении поглощенной дозы ионизирующего β-излучения. Это обеспечивается реализацией совокупности отличительных и ограничительных признаков устройства, в частности использованием в качестве твердотельного детектора монокристалла нитрида алюминия и выполнение блока выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн только в пределах диапазона от 340 до 380 нм. Обеспечивается увеличение верхней границы линейного диапазона дозовой зависимости от 1 до 5 Гр, в 5 раз в сравнении с прототипом. Снижается зависимость положения максимумов термолюминесцентных пиков от величины дозы. Условия предварительной фототермической обработки материала детектора слабо влияют на его чувствительность.The technical result of the invention is an increase in the upper value of the linear range of the dose dependence up to 5 Gy (Fig. 1) when measuring the absorbed dose of ionizing β-radiation. This is ensured by the implementation of a set of distinctive and restrictive features of the device, in particular, the use of aluminum nitride single crystal as a solid-state detector and the implementation of a wavelength separation unit of a detected thermoluminescent glow with characteristics providing the function of extracting wavelengths only within the range from 340 to 380 nm. EFFECT: increase of the upper boundary of the linear range of the dose dependence from 1 to 5 Gy, by 5 times in comparison with the prototype. The dependence of the position of the maxima of thermoluminescent peaks on the dose is reduced. The conditions for preliminary photothermal processing of the detector material have a weak effect on its sensitivity.
Предложенное изобретение расширяет арсенал известных ранее устройств измерения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения, обеспечивает повышение точности оценки поглощенной дозы в диапазоне доз от 1 до 5 Гр и расширяет область применения устройства в сторону измерений увеличенных значений поглощенной дозы.The proposed invention expands the arsenal of previously known devices for measuring the absorbed dose of ionizing β-radiation, improves the accuracy of estimating the absorbed dose in the dose range from 1 to 5 Gy and expands the scope of the device in the direction of measuring increased values of the absorbed dose.
При использовании блока выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения с длинами волн менее 340 нм существенно снижается верхнее значение линейного диапазона дозовой зависимости. При увеличении пропускаемых указанным блоком длин волны более 380 нм регистрируются составляющие термолюминесцентного свечения детектора, вносящие погрешности в оценку поглощенной дозы и существенно уменьшающие точность такой оценки. Такие составляющие обусловлены неконтролируемыми примесями материала термолюминесцентного детектора, тепловым фоном и влиянием глубоко расположенных ловушек монокристалла нитрида алюминия.When using the wavelength separation unit of the detected thermoluminescent glow with wavelengths less than 340 nm, the upper value of the linear range of the dose dependence is significantly reduced. With an increase in the wavelengths transmitted by the indicated unit over 380 nm, the components of the thermoluminescent glow of the detector are recorded, introducing errors in the estimate of the absorbed dose and significantly reducing the accuracy of such an estimate. Such components are caused by uncontrolled impurities of the material of the thermoluminescent detector, the thermal background, and the influence of deeply located traps of a single crystal of aluminum nitride.
Описанная связь между отличительными признаками предложенного изобретения и новым техническим результатом экспериментально выявлена авторами изобретения.The described relationship between the distinguishing features of the proposed invention and the new technical result is experimentally identified by the inventors.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1 - полученные авторами дозовые зависимости с линейностью, имеющей место при значениях поглощенной дозы до 5 Гр; на этой фигуре изображены полученные для монокристаллического нитрида алюминия способом термостимуляции зависимости интенсивности излучения и светосуммы от поглощенной дозы; по горизонтальной оси отложены значения поглощенной дозы (Гр); по левой вертикальной оси отложены значения интенсивности излучения в относительных единицах (отн. ед.), по правой вертикальной оси - значения светосуммы (отн. ед.);figure 1 - obtained by the authors of the dose dependence with linearity that occurs with absorbed doses up to 5 Gy; this figure shows the dependences of the radiation intensity and light sum on the absorbed dose obtained for single-crystal aluminum nitride by the method of thermal stimulation; the horizontal axis represents the absorbed dose (Gy); values of radiation intensity in relative units (rel. units) are plotted on the left vertical axis, light sums (rel. units) on the right vertical axis;
фиг.2 - блок-схема устройства для определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе монокристалла нитрида алюминия;figure 2 is a block diagram of a device for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on a single crystal of aluminum nitride;
фиг.3 - полученные авторами зависимости интенсивности термолюминесценции от температуры нагрева при двух значениях поглощенной дозы (1,92 и 3,84 Гр); по горизонтальной оси отложены значения температуры (°С), по вертикальной оси - значения интенсивности термолюминесценции в относительных единицах (отн. ед.).figure 3 - obtained by the authors of the dependence of the intensity of thermoluminescence on the heating temperature at two values of the absorbed dose (1.92 and 3.84 Gy); temperature values (° C) are plotted along the horizontal axis, and thermoluminescence intensities in relative units (rel. units) are plotted along the vertical axis.
Устройство для определения поглощенной дозы β-излучения (фиг.2) включает твердотельный термолюминесцентный детектор 1 на основе монокристалла нитрида алюминия AlN, блок 2 нагрева указанного детектора 1 и блок 3 регистрации термолюминесцентного свечения этого же детектора 1. Выход 4 блока 3 регистрации термолюминесцентного свечения соединен со входом 5 блока 6 оценки поглощенной дозы. Между упомянутым блоком 3 регистрации и термолюминесцентным детектором 1 на пути распространения свечения 7 этого детектора расположен блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, обозначенный на фиг.3 как фильтр. Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения выполнен с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн только в пределах диапазона от 340 до 380 нм (свечение 9).A device for determining the absorbed dose of β-radiation (figure 2) includes a solid-state
Блок 2 нагрева включает нагревательный столик, на котором размещен детектор 1, и устройство регулировки мощности нагрева (не показаны).The heating unit 2 includes a heating table on which the
Детектор 1 представляет собой образец монокристаллического нитрида алюминия, имеющего вюрцитный тип решетки, удельное сопротивление 1011÷1013 Ом·см, теплопроводность 3,2 Вт/(см·К), близкие к нитриду галлия значения параметров кристаллической ячейки и коэффициента термического расширения, а также плотность дислокации менее 103 см-2.
Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения 7 представляет собой фильтр из оптического стекла (например, типа УФС-8), осуществляющий функцию выделения (пропускания через себя) длин волн термолюминесцентного свечения в диапазоне 340÷380 нм (свечение 9). В качестве блока 8 может быть использован соответствующий интерференционный фильтр.The wavelength separation unit 8 of the recorded thermoluminescent glow 7 is an optical glass filter (for example, UFS-8 type) that performs the function of isolating (passing through itself) the wavelengths of the thermoluminescent glow in the
Блок 3 регистрации термолюминесцентного свечения 9 представляет собой фотоэлектронный умножитель, например, типа ФЭУ-39А с усилителем и преобразователем сигнала (не показаны).Block 3 registration thermoluminescent glow 9 is a photomultiplier tube, for example, type FEU-39A with an amplifier and signal converter (not shown).
Блок 6 оценки поглощенной дозы представляет собой (не показано) микропроцессор или персональный компьютер (ЭВМ) с интерфейсом принятия сигнала от блока 3 регистрации термолюминесцентного свечения детектора 1. Блок 6 осуществляет функции задания значений температуры детектора 1, определения значений интенсивности термолюминесцентного свечения 9 при заданных значениях температуры, построения кривой термовысвечивания (зависимость интенсивности термолюминесцентного свечения 9 от температуры нагрева детектора 1), определения значения светосуммы указанной кривой и оценки поглощенной дозы по полученному значению светосуммы. Оценка поглощенной дозы может быть произведена также по интенсивности пика кривой термовысвечивания.Unit 6 for estimating the absorbed dose (not shown) is a microprocessor or personal computer (computer) with an interface for receiving a signal from block 3 for registering the thermoluminescent glow of
Для управления нагревом детектора 1 используется блок управления (не показан), входы-выходы которого соединены с устройством регулировки мощности блока 2 нагрева и через соответствующий интерфейс - с микропроцессором или персональным компьютером блока 6 оценки поглощенной дозы. Функцию упомянутого блока управления может осуществлять сам указанный микропроцессор (персональный компьютер).To control the heating of the
В ЭВМ блока 6 для оценки поглощенной дозы используются программы управления измерительной системой, регистрации кривых термовысвечивания и математические пакеты, в частности Excel или Origin.In the computer of block 6, for measuring the absorbed dose, control programs for the measuring system, registration of thermal emission curves, and mathematical packages, in particular Excel or Origin, are used.
Устройство определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе монокристаллического нитрида алюминия работает следующим образом.A device for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on single-crystal aluminum nitride works as follows.
Измеряемый образец 1 нитрида алюминия (детектор 1, фиг.2) перед началом измерений имеет комнатную температуру. Общетехническое понятие комнатной температуры включает диапазон температур 20÷25°С, но может использоваться и диапазон от 17 до 30°С. Для определения искомого значения поглощенной дозы β-излучения образец 1 при необходимости нагревают до первого выбранного значения температуры, например 25°С. Первым выбранным значением температуры может быть действующее в помещении значение комнатной температуры. С помощью фильтра 8 из термолюминесцентного свечения 7 этого образца 1 выделяют свечение 9 в диапазоне 340÷380 нм. С помощью блоков 3 и 6 определяют интенсивность термолюминесцентного свечения при установленном значении температуры и строят первую точку искомой кривой термовысвечивания. Далее производят линейный нагрев детектора 1 до следующих значений температуры и через установленные периоды времени (например, 1 с) аналогично строят последующие точки искомой кривой термовысвечивания, пока не будет достигнуто предельное значение температуры образца 1, равное, например, 400°С или более. Нагрев осуществляют со скоростью, выбранной в диапазоне от 0,2 до 10°С/с, например 2°С/с. При значениях конечной температуры нагрева, меньших 400°С, снижается точность оценки поглощенной дозы. Например, при конечном значении температуры 380°С в расчет не принимается соответствующая часть площади под кривой зависимости интенсивности термолюминесценции от температуры, находящаяся правее значения температуры 380°С (фиг.3).The measured
Данные о времени, прошедшем с начала измерений, температуре образца 1 и интенсивности его термолюминесцентного свечения 9, получаемые при помощи описанного устройства, записывают в файл данных. Файл данных обрабатывают в математическом пакете, например, типа Excel или Origin. По полученной искомой кривой термовысвечивания определяют искомое значение светосуммы или искомое значение интенсивности пика указанной кривой, по которым производят оценку значения поглощенной образцом 1 искомой дозы β-излучения. Для этого измеряемый образец 1, подготовленный к последующему использованию (освобожденный от полученной ранее поглощенной дозы β-излучения), подвергают воздействию известного эталонного значения дозы β-излучения (порядка 0,01÷0,05 Гр). Затем вышеописанным способом определяют значение эталонной светосуммы или эталонной интенсивности пика кривой термовысвечивания. Искомое значение поглощенной дозы β-излучения образца 1 рассчитывают с помощью блока 6 оценки поглощенной дозы по следующим формулам:Data on the time elapsed since the beginning of the measurements, the temperature of the
илиor
, ,
где Dиском - искомое значение поглощенной дозы β-излучения, Гр;D claim wherein - the desired value of the absorbed doses of β-radiation, Gy;
Dэтал - эталонное значение поглощенной дозы β-излучения, устанавливаемое в пределах 0,01÷0,05 Гр;D reference - the reference value of the absorbed dose of β-radiation, set within 0.01 ÷ 0.05 Gy;
Sиском - искомое значение светосуммы искомой кривой термовысвечивания, отн. ед.;S claim - the desired value of the desired curve lightsum thermoluminescence, rel. units;
Sэтал - эталонное значение светосуммы эталонной кривой термовысвечивания, отн. ед.;S reference - the reference value of the light sum of the reference curve of thermal emission, rel. units;
Iиском - искомое значение интенсивности пика искомой кривой термовысвечивания, отн. ед.;I claim - the desired value of the peak intensity of the thermoluminescence of the desired curve, rel. units;
Iэтал - эталонное значение интенсивности пика эталонной кривой термовысвечивания, отн. ед.I reference - the reference value of the intensity of the peak of the reference curve of thermal emission, rel. units
В таблице приведены результаты измерений и оценки поглощенной дозы β-излучения с использованием в качестве детектора 1 монокристалла нитрида алюминия AlN при трех значениях тестовой поглощенной дозы (0,0016 Гр, 0,48 Гр и 3,84 Гр). Эталонное значение поглощенной дозы β-излучения было принято равным 0,03 Гр. Тестовые и эталонное значения поглощенной дозы в указанных образцах устанавливались облучением этих образцов при комнатной температуре β-излучением 90Sr/90Y-источника с мощностью дозы в месте расположения образца 0,032 Гр/мин. Скорость нагрева образца 1 составляла 2°С/с. Приведены значения погрешностей оценки искомой поглощенной дозы в процентах относительно эталонной поглощенной дозы. Допустимая относительная погрешность оценки искомой поглощенной дозы равна 15% (ГОСТ 8.035-82 «ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы бета-излучения»).The table shows the results of measurements and estimates of the absorbed dose of β-radiation using aluminum nitride single crystal AlN as
Ниже описаны пронумерованные согласно строкам таблицы (сверху вниз) примеры 1, 2, 3 определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе на основе нитрида алюминия AlN. Суммарная погрешность оценки в таблице определяется как корень из суммы квадратов погрешностей по светосумме и интенсивности, также представленных в таблице.Examples 1, 2, 3 of determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector based on aluminum nitride AlN are described below, numbered according to the rows of the table (from top to bottom). The total estimation error in the table is defined as the root of the sum of the squares of the errors in light sum and intensity, also presented in the table.
Пример 1Example 1
Поглощенную дозу ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе 1 на основе монокристаллического нитрида алюминия AlN определяют путем нагрева облученного детектора 1 со скоростью 2°С/с, начиная с комнатной температуры (25°С) и заканчивая температурой 420°С. Измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществляют только в пределах диапазона длин волн от 340 до 380 нм, при значении искомой поглощенной дозы облученного детектора 1, равной 0,0016 Гр. В результате суммарная погрешность оценки искомой поглощенной дозы составляет 2,5%, то есть является допустимой (менее 15%).The absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-
Пример 2Example 2
Поглощенную дозу ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе 1 на основе монокристаллического нитрида алюминия AlN определяют так же, как в примере 1, за исключением нагрева детектора 1 до температуры 400°С, при значении искомой поглощенной дозы облученного детектора 1, равной 0,48 Гр. Суммарная погрешность оценки поглощенной дозы составляет 10,4%, что является допустимым.The absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-
Пример 3Example 3
Поглощенную дозу ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе 1 на основе монокристаллического нитрида алюминия AlN определяют так же, как в примере 1, при значении искомой поглощенной дозы облученного детектора 1, равной 3,84 Гр. Суммарная погрешность оценки искомой поглощенной дозы составляет 9,2% и является допустимой.The absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2473926C1 true RU2473926C1 (en) | 2013-01-27 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU230942U1 (en) * | 2024-10-04 | 2024-12-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Device for studying radiation defects in crystals |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7053375B2 (en) * | 2002-07-29 | 2006-05-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Scintillator including a group III nitride compound semiconductor and a scintillation counter including a scintillator including a group III nitride compound semiconductor |
| RU2282212C1 (en) * | 2005-05-04 | 2006-08-20 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ | Working material for thermo-exo-electron gamma-radiation dosimetry |
| RU2284044C1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-09-20 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ | Crystal scintillator |
| RU2378666C1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Device for determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide |
| EP2219048A2 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-18 | Tokuyama Corporation | Radiation detecting apparatus and method for detecting radiation |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7053375B2 (en) * | 2002-07-29 | 2006-05-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Scintillator including a group III nitride compound semiconductor and a scintillation counter including a scintillator including a group III nitride compound semiconductor |
| RU2282212C1 (en) * | 2005-05-04 | 2006-08-20 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ | Working material for thermo-exo-electron gamma-radiation dosimetry |
| RU2284044C1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-09-20 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ | Crystal scintillator |
| RU2378666C1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Device for determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide |
| EP2219048A2 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-18 | Tokuyama Corporation | Radiation detecting apparatus and method for detecting radiation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU230942U1 (en) * | 2024-10-04 | 2024-12-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Device for studying radiation defects in crystals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7642518B1 (en) | Stabilization of a scintillation detector | |
| Gola et al. | The DLED algorithm for timing measurements on large area SiPMs coupled to scintillators | |
| Grodzicka et al. | Characterization of CsI: Tl at a wide temperature range (− 40° C to+ 22° C) | |
| RU2664114C2 (en) | Garnet based scintillation composition | |
| US20130054177A1 (en) | Deep Level Transient Spectrometer | |
| Vandenbroucke et al. | Influence of temperature and bias voltage on the performance of a high resolution PET detector built with position sensitive avalanche photodiodes | |
| Ferri et al. | Performance of FBK low-afterpulse NUV silicon photomultipliers for PET application | |
| Swiderski et al. | Scintillation response to gamma-rays measured at wide temperature range for Tl doped CsI with SiPM readout | |
| RU2473926C1 (en) | APPARATUS FOR DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR | |
| Syntfeld-Kazuch et al. | Energy resolution of calcium co-doped LSO: Ce scintillators | |
| RU2473925C1 (en) | METHOD OF DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR | |
| Li et al. | Feasibility study on silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistors as the readout for PET detectors | |
| Mandowska et al. | TL emission spectra from differently doped LiF: Mg detectors | |
| Spadaro et al. | Electrical and dosimetric characterization of a CVD diamond detector with high sensitivity | |
| RU2390798C1 (en) | Method of measuring dosimetric thermoluminescent signal accumulated in solid-state detector of ionising radiations based on aluminium oxide | |
| Schneider et al. | Characterization of blue sensitive 3× 3 mm2 SiPMs and their use in PET | |
| Fairchild et al. | Thermoluminescence of LiF TLD-100 dosimeter crystals | |
| Ubizskii et al. | Technique and apparatus for pulsed OSL readout of YAP: Mn dosimetric detectors with enhanced dynamic range | |
| Ahr et al. | Electrically calibrated cryogenic bolometers as primary detectors in the soft X-ray region | |
| RU2378666C1 (en) | Device for determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide | |
| Yang et al. | Characterization of phosphors in the soft X-ray region | |
| Liu et al. | Design of a novel optically stimulated luminescent dosimeter using alkaline earth sulfides doped with SrS: Eu, Sm materials | |
| Cindro et al. | Readout of non-irradiated and irradiated strip detectors with fast analogue electronics | |
| Gan et al. | Development of dual‐ended readout PET detectors achieving high 3D position resolution and high timing resolution using NINO and PICO2023 ASICs | |
| RU2378665C1 (en) | Method of determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide |